第六章 工业化学反应过程及反应器
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第六章工业化学反应过程及反应器
重点掌握
1、化学反应速率的定义和各种表示方法。
2、反应速率方程和影
响反应速率的主要因素。3、复合反应的基本形式和反应进程的描述方法。4、反应速率方程的积分形式,包括恒容和变容过程。
5、多相催化作用原理、理想吸附等温式和反应动力学方程的推导。
6、动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。
深入理解:
1、反应进度的意义。
2、反应网络的概念和应用背景。
3、真实
吸附和吸附等温式的联系与区别。4、动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。5、动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。
1、釜式反应器
重点掌握:
∙等温间歇釜式反应器的计算(单一反应、平行与连串反应)。
∙连续釜式反应器的计算。
∙空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。
∙连续釜式反应器的串联和并联。
∙釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析,连接和加料方式
的选择。
∙连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。
∙深入理解:
∙变温间歇釜式反应器的计算。
广泛了解:串联釜式反应器最佳体积的求取方法。
连续釜式反应器的多定态分析与计算。
产生多定态点的原因,着火点与熄火点的概念。
2、管式反应器
重点掌握:
∙等温管式反应器设计方程的推导与应用。
∙管式和釜式反应器的对比。
∙循环反应器的计算与分析。
∙变温管式反应器的分析与计算,包括:热量衡算方程的建立、绝热温升和非绝热变温管式反应器的计算等。
深入理解:
∙活塞流和全混流模型的基本假设与含义,返混的基本概念。广泛了解:
∙拟均相的含义和模型假定。
一、绪论
重点掌握:
化学反应转化率、选择性和收率的概念和应用
化学反应工程要解决的主要问题
深入理解:化学反应器的三种操作方式和特点。反应器设计的基本方程。
广泛了解:化学加工过程的普遍特征。各种化学和石油加工流程、常见设备和场区概貌。化学反应器的主要类型、结构和工作原理。工业反应器的放大方法。
无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加工等工业过程,均采用化学方法将原料加工成为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部分:
图1.1 典型的化学加工过程
第①和③两部分属于单元操作的研究范围;而②部分是化学反应工程的研究对象,是生产过程的核心。
第一节化学反应工程
一、化学反应工程的研究对象
化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支,主要包括两个方面的内容,即反应动力学和反应器设计分析。
反应动力学--研究化学反应进行的机理和速率,以获得工业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息,如反应模式、速率方程及反应活化能等
其中速率方程可表示为:
r=f(T、、P)(对于一定的反应物系)而言--随时间、空间变化
其中,r为反应系统中某一组分的反应速率,代表浓度的矢量,P为系统的总压。
反应器设计分析--研究反应器内上述因素的变化规律,找出最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。
注意:化学反应是研究反应本身的规律,与反应器内各局部的状况有关,而反应器总体的性态。所以可以说反应动力学从点上着眼,而反应器的设计与分析则从面上(体上)着手。
二、化学反应的分类(反应工程学科)
无论是自然界还是实际生产过程中,存在各种各样的化学反应,通常为了便于研究和应用,将化学反应进行分类。下表中给出了常见的化学反应分类、方法和种类,一些可能同时属于两个或者更多的反应种类。
例如:为一气固催化反应
三、反应过程的举例
一般来说反应过程包括: 物理现象--传递现象(热量、动量和能量传递过程)
化学现象--化学反应
概括为"三传一反"。例如:对于反应过程
实际的反应过程可能包括:
反应物、产物的扩散过程(内外)+表面反应过程
无论对于放热过程,还是吸热过程,催化剂与反应物气体存在温差
就整个反应器而言,如反应器内的浓度和温度随位置变化,需将化学反应与传递现象综合起来考虑。
四、化学反应工程作用
对于化学产品和加工过程的开发、反应器的设计放大起着重要的作用。运用化学反应工程知识可以:
提高反应器的放大倍数,减少试验和开发周期
对现有反应装置操作工况进行优化,提高生产效率
开发环境友好的绿色生产路线和工艺
第二节转化率、收率和选择性
一、反应进度
对于反应:
(例如:
)
转化量为:
从而有:
或者
二、转化率 X--针对反应物而言
定义:
注意:
如果反应物不只是一种,针对不同反应物计算出来为X是不一样的
关键组分(着眼组分)为不过量、贵重的组分(相对而言)
针对关键组分计算,可使X最大到100%
计算基准:起始状态选择问题(分母部分的计量)
使用的原则:对于连续反应器,进口处的状态
间歇反应器,开始反应时的状态
串联使用的反应器,进入第一个反应器的原料为准这样有利于计算和比较
单程转化率和全程转化率的区别
如图1.2所示的甲醇合成流程简图,生产中采用循环操作,一部分未能转化的原料重新返回合成塔。由于存在未完全转化反应物的循环,在计算全程转化率时,计算基准为新鲜原料进入反应系统到离开所达到的转化率。而单程转化率是一次性从反应器进入到离开所达到的转化率。两者相比较,全程转化率必定大于单程转化率。